不要粗暴的销毁python线程

前言:

    不要试图用强制方法杀掉一个python线程,这从服务设计上就存在不合理性。 多线程本用来任务的协作并发,如果你使用强制手段干掉线程,那么很大几率出现意想不到的bug。  请记住一点,锁资源不会因为线程退出而释放锁资源 !


我们可以举出两个常见的例子:

1. 有个A线程拿到了锁,因为他是被强制干掉的,没能及时的release()释放锁资源,那么导致所有的线程获取资源是都被阻塞下去,这就是典型的死锁场景。 

2.在常见的生产消费者的场景下,消费者从任务队列获取任务,但是被干掉后没有把正在做的任务丢回队列中,那么这就造成了数据丢失。


下面是java和python终止线程的方法:

java有三种方法可以使终止线程:
1. 使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止。
2. 使用stop方法强行终止线程(不推荐使用,因为stop和suspend、resume一样,也可能发生不可预料的结果)。
3. 使用interrupt方法中断线程。

python可以有两种方法:
1. 退出标记
2. 使用ctypes强行杀掉线程

不管是python还是java环境下,理想的停止退出线程方法是 让线程自个自杀,所谓的线程自杀就是 你给他一个标志位,他退出线程。


该文章写的有些乱,欢迎来喷 ! 另外文章后续不断更新中,请到原文地址查看更新.  http://xiaorui.cc/?p=4302

下面我们会采用多种方法来测试 停止python线程的异常情况。我们查看一个进程所有的执行线程,  进程是用过掌控资源,线程是用作调度单元,进程要被调度执行必须要有一个线程,默认的线程和进程的pid一样的。

# xiaorui.cc

ps -mp 31449 -o THREAD,tid

USER     %CPU PRI SCNT WCHAN  USER SYSTEM   TID
root      0.0   -    - -         -      -     -
root      0.0  19    - poll_s    -      - 31449
root      0.0  19    - poll_s    -      - 31450


获取到了进程所有的线程后,通过strace得知 31450 是需要我们kill的线程id,当我们kill的时候,会出现整个进程都崩溃的情况。 在多线程环境下,产生的信号是传递给整个进程的,一般而言,所有线程都有机会收到这个信号,进程在收到信号的的线程上下文执行信号处理函数,具体是哪个线程执行的难以获知。也就是说,信号会随机发个该进程的一个线程。 

strace -p 31450 Process 31450 attached - interrupt to quit
select(0, NULL, NULL, NULL, {0, 320326}) = 0 (Timeout)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = 0 (Timeout)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = 0 (Timeout)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = ? ERESTARTNOHAND (To be restarted)
--- SIGTERM (Terminated) @ 0 (0) ---
Process 31450 detached


上面出现的问题其实跟pthread的说明是一致的。当我们在python代码里加入 signal 信号处理函数后,回调函数可以防止整个进程的退出,那么问题来了,通过信号函数不能识别你要干掉哪一个线程,也就是说,不能精准的干掉某个线程。你虽然把信号发给31450线程id,但是信号受理人是所属进程的任何一个,另外传给信号处理函数的参数只有信号数和信号stack而已,可有可无的。

加了信号处理后,不会退出进程
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = 0 (Timeout)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = ? ERESTARTNOHAND (To be restarted)
--- SIGTERM (Terminated) @ 0 (0) ---
rt_sigreturn(0xffffffff)                = -1 EINTR (Interrupted system call)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = 0 (Timeout)
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0})     = 0 (Timeout)

如果想从外部通知杀掉某个线程,那么可以构建使用rpc服务,或者别的方式通信,signal信号不可以,因为无法无法传递更多的信息。


python的线程不是模拟的,是真实的内核线程,内核调用pthread方法,但Python上层没有提供关闭线程的方法,这就需要我们自己把握了。强烈推荐使用 event 或者 自定义标志位的方法, 如果非要强制杀掉线程,那么可以用python ctypes PyThreadState SetAsyncExc 方法强制退出,这样对于运行的python服务没有什么影响。 
该函数的实现原理比较简单,其实也是在python虚拟机里做个标示位,然后由虚拟机运行一个异常来取消线程,虚拟机会帮你做好try cache。 切记不要在外部杀掉python的某个线程,虽然你能通过ctypes找到线程id,但是你直接kill会干掉整个进程的。 


下面的代码是 用ctypes 杀掉线程的样例,不推荐使用,因为太粗暴了.

# xiaorui.cc

import ctypes

def terminate_thread(thread):
    if not thread.isAlive():
        return

    exc = ctypes.py_object(SystemExit)
    res = ctypes.pythonapi.PyThreadState_SetAsyncExc(
        ctypes.c_long(thread.ident), exc)
    if res == 0:
        raise ValueError("nonexistent thread id")
    elif res > 1:
        ctypes.pythonapi.PyThreadState_SetAsyncExc(thread.ident, None)
        raise SystemError("PyThreadState_SetAsyncExc failed")


咱们简单look一下PyThreadState源代码,总而言之触发线程的异常模式。 有兴趣的人可以阅读 python pystate.c 的设计,配合着youtube的一些视频分享。

int
PyThreadState_SetAsyncExc(long id, PyObject *exc) {
    PyInterpreterState *interp = GET_INTERP_STATE();
    ...
    HEAD_LOCK();
    for (p = interp->tstate_head; p != NULL; p = p->next) {
        if (p->thread_id == id) {
            从链表里找到线程的id,避免死锁,我们需要释放head_mutex。
            PyObject *old_exc = p->async_exc;
            Py_XINCREF(exc); #增加该对象的引用数
            p->async_exc = exc; # 更为exc模式
            HEAD_UNLOCK();
            Py_XDECREF(old_exc); # 因为要取消,当然也就递减引用
            ...
            return 1;  #销毁线程成功
        }
    }
    HEAD_UNLOCK();
    return 0;
}

原生posix pthread 可以使用 ptread_cancel(tid) 在主线程中结束子线程。但是 Python 的线程库不支持这样做,理由是我们不应该强制地结束一个线程,这样会带来很多隐患,应该让该线程自己结束自己。所以在 Python 中,推荐的方法是在子线程中循环判断一个标志位,在主线程中改变该标志位,子线程读到标志位改变,就结束自己。

类似这个逻辑:

def consumer_threading():
  t1_stop= threading.Event()
  t1 = threading.Thread(target=thread1, args=(1, t1_stop))

  t2_stop = threading.Event()
  t2 = threading.Thread(target=thread2,  args=(2, t2_stop))

  time.sleep(duration)
  #stop the thread2
  t2_stop.set()

def thread1(arg1, stop_event):
  while(not stop_event.is_set()):
      #similar to time.sleep()
      stop_event.wait(time)
      pass


def thread2(arg1, stop_event):
  while(not stop_event.is_set()):
      stop_event.wait(time)
      pass

简单的总结,虽然我们可以用ctypes里的pystats来控制线程,但这种粗暴中断线程的方法是不合理的。 请选用 自杀模式 !如果你的线程正在发生io阻塞,而不能判断事件怎么办? 你的程序需要做优化了,最少在网络io层需要有主动的timeout,避免一直的阻塞下去。

END.



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